光學同調斷層掃描術應用於異向光學材料之研究

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成大研發快訊 - 文摘

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成大研發快訊第三十卷第九期 - 2016年九月二日

[ http://research.ncku.edu.tw/re/articles/c/20160902/4.html ]

光學同調斷層掃描術應用於異向光學材料之研究

廖佳麒¹、羅裕龍^1,2,*

1 國立成功大學機械工程學系 2 國立成功大學尖端光電科技中心 [email protected]

Optics Express, Vol. 23, Issue 8, pp. 10653-10667, 2015.

光學同調斷層掃描術(Optical coherence tomography, OCT)是一種光學成像技術，此技術以量測光進入物質後再背向散射之響應，來獲得待測物之非侵入式微米級解析深度截面影像 [1]。隨著應用於不同量測物質的需求，亦有各種功能性的OCT，如本研究相關之光學偏極化感測同調斷層掃描術(Polarization sensitive OCT, PS-OCT)等等 [2- 4]，可應用於生物醫學光學檢測、光電產品之檢測。至今光學同調斷層掃描術尚無法實際且準確獲得多重異向性光學參數，並因系統為反射式量測架構，使其分析高複雜成分的複合材料更顯困難。因此本研究論文發展史托克繆勒參數(Stokes Mueller parameters)之分析模型應用於OCT，以量測光學物質中的多重異向光學特性。

本研究論文突破傳統偏極化感測同調斷層掃描術僅可量測線性雙折射之限制，並為引用史托克繆勒參數結合光學同調斷層掃描術進行反射式架構量測複雜光學參數之先驅[5-6]。此研究為第一個發展出使用光學同調斷層掃描術可同時解出線性雙折射與線性雙衰減參數之分析模型。實驗系統圖一之所示，可同時量測線性光學異向材料之厚度、平均折射率、相位延遲量、光軸方位角、線性雙衰減量與方位角。本研究也利用超寬波段熱光源來提升系統之縱向解析度達1.5微米左右，與傳統OCT使用半導體雷射二極體光源所產生之15微米左右之縱向解析度相比較，本研究架構有相當好的提升。且本研究系統首次引進光之偏極化補償校正系統，可提供穩定之準確量測結果，並拓展光學參數至全範圍量測。本研究之研究成果對於光學異向材料如光學薄膜以及生醫組織的研究，踏出重要一步，相關成果已發表於著名國際光學研究期刊Optics Express。

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圖一、研究團隊所發展之繆勒光學同調斷層掃瞄系統(Schematic illustration of proposed Mueller OCT system.)

而此新型繆勒光學同調斷層掃描技術後續可結合亦由本研究團隊所發展之複合分析模型(Hybrid model) [7]，再深入研究更多光學異向參數包含：旋性雙折射、旋性雙衰減、去偏極效應，來深入探討多重光學參數與生物組織或光電材料特徵之聯結，例如分辨皮膚癌細胞之異常、眼睛內血糖濃度變化產生旋光性之變化。因近年相關研究於檢測具有高散射效應之生物組織仍有些準確度上的限制，無法將散射影響與其他特徵參數獨立解析，造成量測之混淆，譬如會因為眼內介質的混濁而降低影像品質，或對於物質特殊架構變化卻無對應參數而產生錯誤判讀，因此需要能檢視更多參數以提高診斷正確性。本研究已進行後續探討混濁散射造成之現象，目前亦有近一步成果發表於國際研討會SEM 2015。藉由本研究所發展之技術可延伸探討包含散射效應之異向光學材料光學特性，是其他研究尚未提及。因此本研究對國內未來各種精密產業對產品開發與製造提供之光學精密檢測能力有一定提升程度，並可調整系統延伸至生醫感測，對眼睛或皮膚細胞組織進行診療。其利用光學同調斷層掃描術與史托克繆勒參數結合，更是處於領先技術地位，希望在持續開發的過程中，可以在對於生物醫學檢測或平面顯示科技量測應用上有所貢獻。

參考文獻：

[1] H. D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Sinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K.

Gregory, C. A. Puliafito, and J.G. Fujimoto, “Optical coherence tomography,” Science, 254, 1178-1181 (1991).

[2] M. R. Hee, D. Huang, E. A. Swanson, and J.G. Fujimoto, “Polarization-sensitive low-coherence reflectometer for birefringence characterization and ranging,” J. Opt. Soc. Am. B, 9, 903-908 (1992).

[3] J. F. de Boer, T. E. Milner, M. J. C. van Gemert, and J. S. Nelson, “Two-dimensional birefringence imaging in biological tissue by polarization-sensitive optical coherence tomography,” Opt. Lett., 22, 934-936 (1997).

[4] C. K. Hitzenberger, E. Goetzinger, M. Sticker, M. Pircher, and A. F. Fercher, “Measurement and imaging of birefringence and optic axis orientation by phase resolved polarization sensitive optical coherence tomography,”

Opt. Express, 9, 780-790 (2001).

[5] G. Yao and L. V. Wang, “Two-dimensional depth-resolved Mueller matrix characterization of biological tissue by optical coherence tomography,” Opt. Lett., 24, 537-539 (1999).

[6] S. Jiao, G. Yao, and L. V. Wang, “Depth-Resolved Two-Dimensional Stokes Vectors of Backscattered Light

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and Mueller Matrices of Biological Tissue Measured With Optical Coherence Tomography,” Appl. Optics, 39, 6318-6324 (2000).

[7] C. C. Liao and Y. L. Lo, “Extraction of anisotropic parameters of turbid media using hybrid model comprising differential- and decomposition-based Mueller matrices,” Opt. Express, 21, 16831-16853 (2013).